蒸汽压缩蒸馏装置共轭传热过程的数值模拟*

蔡玉强，李亚丛

(华北理工大学 机械工程学院，河北 唐山 063210)

0 引言

蒸汽压缩蒸馏装置(VCD)是国际空间站从尿液废水中回收纯净水的重要装置[1]，具有重量轻、体积小、废水回收率高、产水水质好、散热少、能耗小等优点[2]，是我国未来空间站建设研究的主要方向之一。

近年来，国内学者对微重力环境下的气液两相流动、分离、相变传热分别进行了数值模拟[3-6]，并取得了一定的成就，然而缺少对复杂装置涉及耦合问题的研究。本文针对蒸汽压缩蒸馏装置的运行，将离心力及微重力环境共同作用下的气液两相流动、动态分离、相变传热等问题耦合在一起，利用Fluent多相流混合模型，结合自定义函数(UDF)模拟了蒸汽压缩蒸馏装置共轭换热的相变过程，比较真实地反映了VCD装置内两相流的流动、气液相变以及两相分布情况，为以后蒸汽压缩蒸馏装置的整体设计提供可靠的参考。

1 VCD三维模型的建立及网格划分

1.1 三维模型及简化

根据美国宇航局(NASA)公开的蒸汽压缩蒸馏装置的结构设计参数及相关文献的研究[7]，初步设计的VCD三维模型如图1所示。该装置主要有两个重要部分：蒸发器和冷凝器。尿液流入蒸发器内，吸收冷凝潜热蒸发，变成水蒸汽，在离心力的作用下，实现气液初步分离，分离后的水蒸汽经过压缩机压缩提高饱和温度，进入冷凝器内遇冷液化成水，释放潜热，潜热由冷凝器冷凝表面传到蒸发器蒸发表面，使其等质量的废水蒸发，实现流固共轭换热。

在……